同步方法、节点装置及无线MESH网络系统与流程

本申请涉及无线mesh网络领域，具体而言，用于无线mesh网络的同步方法和节点装置以及包括所述节点装置的无线mesh网络系统。

背景技术：

无线mesh网络（无线网状网络）也称为“多跳（multi-hop）”网络。无线mesh网络的核心指导思想是让网络中的每个节点都可以发射和接收信号，任何无线设备节点都可以同时作为ap和路由器，网络中的每个节点都可以发射和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。无线mesh网络的发展正处于方兴未艾之中，业界正在提出和发展各种方案。在本申请中，mesh网络可在广义上理解。

无线mesh网络分为异步网络和同步网络。当网络密度和规模较大的时候，同步mesh网络在实际应用中具有更好的网路性能。在同步mesh网络中，要求节点上的帧边界同步。在有gps/北斗等外部同步源辅助的情况下，全网同步较为容易实现，而且同步精度也比较高。但是在很多场景下，例如地下、丛林等情况下，卫星信号覆盖不到或者信号质量不好，就会严重影响系统的同步性能。

现有常用的同步技术包括信标同步技术，即在不采用外部同步时钟源的情况下，网络节点之间只在特殊的包交换中打上时间戳，计算本地和上级节点之间的时间差，以此达到同步。现有比较成熟的信标同步技术有：

ntp(networktimeprotocol)技术：主要用于互联网中需要同步的网络节点，是一种软件同步技术。

ieee1588技术：主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行同步，是通过软硬件结合的方式实现网络设备的主时钟同步。

以上两种技术通常用于有线通信，一些无线mesh网络同步的时候也会借用以上这两种技术。不管哪种技术，一般都是采用软件时间戳，即在发送或者接收报文中填入同步信息，但是由于在发送或者接收报文时，受到处理器处理速度、操作系统工作方式等因素的影响，软时间戳与实际发送或者接收时间有一定的误差，严重影响同步精度。

在节点之间通过发送同步信号进行同步时，网络一般会确定一个主节点。主节点发送同步信号，从节点接收同步信号，并根据同步信号确定本地的帧边界，实现和主节点的同步。但是，由于主节点上的同步信号到从节点的传输时延不同，因此从节点上的帧边界仍然会有偏差，不能严格保证各节点之间的高精度同步。

因此，仍需改进无线mesh网络的同步。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本申请公开一种用于无线mesh网络的同步方法和节点装置，能够提升mesh网络节点的同步性能。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，提供一种用于无线mesh网络的同步方法，包括：

从节点检测主节点广播的同步信号，在本地获取帧边界；

所述从节点向所述主节点发送接入信号；

所述从节点检测所述主节点下发的时延信息；

如果所述从节点检测到所述时延信息，则根据所述时延信息调整所述帧边界，从而实现与所述主节点的同步。

根据一实施例，所述从节点向所述主节点发送接入信号包括：所述从节点按照所述帧边界向所述主节点发送接入信号。

根据一实施例，所述从节点检测所述主节点下发的时延信息包括：所述从节点在向所述主节点发送所述接入之后，持续监听广播信道，检测发送所述接入信号的接入时频资源上是否有所述主节点下发的时延信息。

根据本发明的另一方面，提供一种用于无线mesh网络的同步方法，包括：

主节点广播同步信号；

所述主节点检测所述至少一个从节点发送的接入信号；

所述主节点根据检测到的接入信号估计相应的时延信息；

所述主节点广播所述时延信息。

根据一实施例，前述方法还包括：所述主节点设定用于所述至少一个从节点接入的至少一个时频资源，所述至少一个时频资源分别具有各自的时频资源id。

根据一实施例，所述主节点检测所述至少一个从节点发送的接入信号包括：所述主节点遍历所述至少一个时频资源以检测接入信号。

根据一实施例，所述主节点广播所述时延信息包括：所述主节点广播所述时延信息和对应的所述时频资源id。

根据一实施例，所述主节点根据检测到的接入信号估计相应的时延信息包括：所述主节点以其本地帧边界为基准，估计相应的时延信息。

根据本发明的另一方面，提供一种用于无线mesh网络的节点装置，包括：

同步信号检测模块，用于检测主节点发送的同步信号，在本地获取帧边界；

接入信号发送模块，用于向所述主节点发送接入信号；

时延信息检测模块，用于检测所述主节点下发的时延信息；

同步模块，用于在所述时延信息检测模块检测到所述时延信息时，根据所述时延信息调整所述帧边界，从而实现该节点装置与所述主节点的同步。

根据一实施例，所述接入信号发送模块配置为按照所述帧边界向所述主节点发送接入信号。

根据一实施例，所述时延信息检测模块配置为：在所述接入信号发送模块向所述主节点发送所述接入之后，持续监听广播信道，检测发送所述接入信号的接入时频资源上是否有所述主节点下发的时延信息。

根据本发明的另一方面，提供一种用于无线mesh网络的节点装置，包括：

同步信号发送模块，用于广播同步信号；

接入信号检测模块，用于检测所述至少一个从节点发送的接入信号；

时延估计模块，用于根据时延信号检测模块检测到的接入信号估计相应的时延信息；

时延信息发送模块，用于广播所述时延信息。

根据一实施例，前述节点装置还包括时频资源模块，用于设定用于所述至少一个从节点接入的至少一个时频资源，所述至少一个时频资源分别具有各自的时频资源id。

根据一实施例，所述接入信号检测模块配置为：遍历所述至少一个时频资源以检测接入信号。

根据一实施例，所述时延信息发送模块配置为广播所述时延信息和对应的所述时频资源id。

根据一实施例，时延估计模块配置为：以本地帧边界为基准，根据时延信号检测模块检测到的接入信号，估计相应的时延信息。

根据本发明的另一方面，提供一种无线mesh网络系统，包括前述节点装置。

根据本发明的另一方面，提供一种用于无线mesh网络的节点装置，其特征在于，包括：

发射器；

接收器；

处理器；

存储器，存储用于所述处理器完成以下操作的指令：

检测主节点发送的同步信号，在本地获取帧边界；

向所述主节点发送接入信号；

检测所述主节点下发的时延信息；

在检测到所述时延信息时，根据所述时延信息调整所述帧边界，从而实现该节点装置与所述主节点的同步。

根据本发明的另一方面，提供一种用于无线mesh网络的节点装置，其特征在于，包括：

发射器；

接收器；

处理器；

存储器，存储用于所述处理器完成以下操作的指令：

广播同步信号；

检测所述至少一个从节点发送的接入信号；

根据时延信号检测模块检测到的接入信号估计相应的时延信息；

广播所述时延信息。

根据本发明实施例的同步方法和节点装置能够提升mesh网络节点的同步性能。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1a、1b和1c示出根据本发明一实施方式的用于无线mesh网络的同步过程；

图1d示出图1a-1c所示的同步过程之后的同步状态；

图1e示出图1a-1c所示的同步过程的信号时序；

图1f示出根据本发明另一实施方式的用于无线mesh网络的同步过程；

图1g示出根据本发明另一实施方式的用于无线mesh网络的同步过程；

图2示出根据本发明另一实施方式的用于无线mesh网络同步的从节点方法；

图3示出根据本发明另一实施方式的用于无线mesh网络同步的主节点方法；

图4示出根据本发明一实施方式的用于无线mesh网络的节点装置；

图5示出根据本发明另一实施方式的用于无线mesh网络的节点装置；

图6示出根据本发明另一实施方式的用于无线mesh网络的节点装置。

具体实施例

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本发明将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本发明提供一种用于无线mesh网络的双向同步方法。

根据本发明的构思，利用主节点和从节点分别发送信号，通过双向同步实现无线mesh网络的同步，能够显著提升mesh网络节点的同步性能。

下面参照附图描述根据本发明技术构思的示例实施方式。

图1a、1b和1c示出根据本发明一实施方式的用于无线mesh网络的同步过程。图1d示出图1a-1c所示的同步过程之后的同步状态。图1e示出图1a-1c所示的同步过程的信号时序。

下面参照图1a-1e描述根据本发明实施方式的无线mesh网络的同步方法。

如图1a和1e所示，第一步，在确定自己为主节点（sourcenode）后，主节点根据本节点时钟，广播同步信号。另外，还可广播系统信息。

从节点检测主节点发送的同步信号，获得各自节点上的帧边界。

另外，从节点还可检测广播信号获得系统信息。由于传输延时的影响，每个从节点上此时获取的帧边界都会有所偏差，如图1a中的t1、t2所示。

如图1b和1e所示，第二步，为了进一步调整从节点上的帧边界，使之能够尽可能与主节点上的帧边界对齐，从节点按照例如第一步中检测到的帧边界，根据系统信息，各自独立发送接入(discovery)信号到主节点。

主节点以其本地帧边界为基准，检测从节点发送的接入信号，并估计出传输的时延信息(ta)。例如，以主节点同步信号本地帧边界为基准，检测从节点1发送的接入信号的延迟为2倍t1，则可估计出从节点1的传输时延为t1。

为了支持多个从节点同时接入，可设定多个用于接入的时频资源，并进行编号。主节点遍历所有的接入时频资源，当检测到接入信号后，估计ta。

如图1c和1e所示，第三步，主节点广播ta值和对应的接入时频资源id。

从节点在发送接入信号之后，持续地监听广播信道，检测自己发送接入信号的接入时频资源上是否有ta下发，直到超时，则表示失败。

如果接收到ta信息，从节点根据ta调整从第一步中获取的帧边界，以实现和主节点的精准同步。

然后，从节点从广播信号中检测到sfn，更新自己本地sfn，与网络同步。

图1d示出图1a-1c所示的同步过程之后的同步状态。参见图1d，双向同步的最终目标是所有节点上的本地帧边界应该在以主节点的帧边界为中心的一个窗内，实现全网的基本同步。

相比单向同步技术，根据本发明实施方式的双向同步技术减少或消除了传输时延的影响，提升了同步的性能。

图2示出根据本发明另一实施方式的用于无线mesh网络同步的从节点方法。

参见图1a-1e，如图2所示，在s202，从节点检测主节点广播的同步信号，在本地获取帧边界。

根据一实施例，从节点还检测广播信号以获得系统信息。

在s204，从节点向主节点发送接入信号。

根据一实施例，多个从节点根据系统信息，各自独立发送接入信号。

根据另一实施例，从节点按照帧边界向主节点发送接入信号。

在s206，从节点检测主节点下发的时延信息。

根据一实施例，从节点在向主节点发送接入之后，持续监听广播信道，检测发送接入信号的接入时频资源上是否有主节点下发的时延信息。

在s208，判断是否检测到时延信息。如果检测到时延信息，则转到s210；否则，转到s212。

在s210，根据时延信息调整帧边界，从而实现与主节点的同步。

例如，参见图1c，从节点1根据时延t1调整其本地帧边界，而从节点2根据时延t2调整其本地帧边界，以实现和主节点的精准同步。这之后，从节点可从广播信号中检测到sfn，更新自己本地sfn，与网络同步。

在s212，判断是否超时。没有超时，则转到s206，继续检测主节点下发的时延信息；否则，表示检测失败，转到s214。

在s214，判断失败次数是否超过预定次数n。如果没有超过预定次数n，则转到s204，向主节点发送接入信号。

图1f和1g示出了从节点发送多次接入信号完成同步的示意图。

在图1f的场景中，例如，当主节点接收机噪声/干扰较大时，主节点无法每次都成功检测从节点发送的接入信号，此时需要从节点多次发送接入信号（最多发送n次）。

参见图1f，在时间点a，主节点发送同步信号。

在时间点b，从节点检测到同步信号。

在第一个时间点c，从节点发送接入信号。c与b相隔固定时间t，d与a相隔固定时间t。

主节点检测接入信号失败。

在第二个时间点c，从节点发送接入信号。

在第二个时间点e，主节点检测到从节点发送的接入信号。d与e间隔2*t1。

在时间点f，主节点将t1发送给从节点。

在时间点g，从节点接收到t1，根据t1校正帧边界。

在图1g的场景中，例如，当从节点接收机噪声/干扰较大时，从节点无法每次都成功检测包含t1的系统信息时，也需要从节点多次发送接入信号。

参见图1g，在时间点a，主节点发送同步信号。

在时间点b，从节点检测到同步信号。

在时间点c，从节点发送接入信号。c与b相隔固定时间t，d与a相隔固定时间t。

在第一个时间点e，主节点检测到接入信号。d与e间隔2*t1。

在第一个时间点f，主节点将t1发送给从节点。

从节点检测时延信息失败。

在第二个时间点c，从节点发送接入信号。

在第二个时间点e，主节点检测到从节点发送的接入信号。d与e间隔2*t1。

在第二个时间点f，主节点将t1发送给从节点。

在时间点g，从节点接收到t1，根据t1校正帧边界。

图3示出根据本发明另一实施方式的用于无线mesh网络同步的源节点方法。

参见图1a-1e，如图3所示，在s302，在确定其为主节点后，主节点广播同步信号。另外，主节点还可广播系统信息。

在s304，主节点检测至少一个从节点发送的接入信号。

根据一实施例，主节点设定用于至少一个从节点接入的至少一个时频资源，至少一个时频资源分别具有各自的时频资源id。

根据另一实施例，主节点遍历至少一个时频资源以检测接入信号。

在s306，主节点根据检测到的接入信号估计相应的时延信息。根据一实施例，主节点以其本地帧边界为基准，估计相应的时延信息。

在s308，主节点广播时延信息。例如，根据一实施例，主节点广播时延信息和对应的时频资源id，从而持续监听广播信道的从节点可检测到发送接入信号的接入时频资源上的时延信息。

图4示出根据本发明一实施方式的用于无线mesh网络的节点装置。

如图4所示，用于无线mesh网络的节点装置400可包括同步信号检测模块402、接入信号发送模块404、时延信号检测模块406及同步模块408。节点装置400可作为前述的从节点。

同步信号检测模块402可用于检测主节点发送的同步信号，在本地获取帧边界。根据一实施例，同步信号检测模块402还可检测广播信号获得系统信息。

接入信号发送模块404可用于向主节点发送接入信号。根据一实施例，接入信号发送模块404配置为按照帧边界向主节点发送接入信号。根据一实施例，接入信号发送模块404根据系统信息独立发送接入(discovery)信号到主节点。

时延信息检测模块406可用于检测主节点下发的时延信息。根据一实施例，时延信息检测模块406可配置为：在接入信号发送模块向主节点发送接入之后，持续监听广播信道，检测发送接入信号的接入时频资源上是否有主节点下发的时延信息。

同步模块408可用于在时延信息检测模块检测到时延信息时，根据时延信息调整帧边界，从而实现该节点装置与主节点的同步。根据一实施例，同步模块408从广播信号中检测到sfn，更新自己本地sfn，与网络同步。

用于无线mesh网络的节点装置400可实现前面描述的根据本申请发明构思的同步方法，与前述类似的说明不再赘述。

图5示出根据本发明另一实施方式的用于无线mesh网络的节点装置。

如图5所示，用于无线mesh网络的节点装置500可包括同步信号发送模块502、接入信号检测模块504、时延估计模块506及时延信息发送模块508。节点装置500可作为前述的主节点。

同步信号发送模块502可用于广播同步信号。根据一实施例，在确定节点为主节点（sourcenode）后，同步信号发送模块502根据本节点时钟，广播同步信号。另外，同步信号发送模块502还可广播系统信息。

接入信号检测模块504可用于检测至少一个从节点发送的接入信号。

根据一实施例，节点装置500还包括时频资源模块，用于设定用于至少一个从节点接入的至少一个时频资源，至少一个时频资源分别具有各自的时频资源id。

根据一实施例，接入信号检测模块可配置为遍历至少一个时频资源以检测接入信号。

时延估计模块506可用于根据时延信号检测模块检测到的接入信号估计相应的时延信息。根据一实施例，时延估计模块可配置为以本地帧边界为基准，根据时延信号检测模块检测到的接入信号，估计相应的时延信息。

时延信息发送模块508可用于广播时延信息。根据一实施例，时延信息发送模块可配置为广播时延信息和对应的时频资源id。

用于无线mesh网络的节点装置500可实现前面描述的根据本申请发明构思的同步方法，与前述类似的说明不再赘述。

根据本发明的一实施方式的无线mesh网络系统可包括前述参照图4描述的节点装置，作为从节点装置，并可包括前述参照图5描述的节点装置，作为主节点装置。这样的无线mesh网络系统能够显著提升网络节点的同步性能。

图6示出根据本发明一实施方式的用于无线mesh网络的节点装置。

如图6所示，用于无线mesh网络的节点装置600可包括处理器602、存储器604、发射器606及接收器608。

存储器604可存储用于处理器602执行操作处理的指令。存储器604存储器504可包括易失性或非易失性存储器，如静态随机存取存储器（sram）、电可擦除可编程只读存储器（eeprom）、可擦除可编程只读存储器（eprom）、可编程只读存储器（prom）、只读存储器（rom）等，本发明对此没有限制。

处理器602可调用存储器604中存储的指令执行相关操作，如控制发射器606和接收器608进行信号收发等。

根据一实施例，存储器604存储用于处理器602完成以下操作的指令：当所述发射器在一时隙应用不同子载波向多个接收节点发射信号时，分配用于所述多个接收节点的各发射功率，且分配的各发射功率与相应接收节点相关。易于理解，存储器604还可存储用于处理器602完成根据本发明实施例的其他操作的指令，这里不再赘述。

根据另一实施例，存储器604存储用于处理器602完成以下操作的指令：广播同步信号；检测所述至少一个从节点发送的接入信号；根据时延信号检测模块检测到的接入信号估计相应的时延信息；广播所述时延信息。易于理解，存储器604还可存储用于处理器602完成根据本发明实施例的其他操作的指令，这里不再赘述。

通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员易于理解，本发明实施例的方法和相应模块可以通过软件或部分软件硬化的方式来实现。因此，本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算设备（可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等）执行根据本发明实施例的方法。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的，因此不能用于限制本发明的保护范围。

本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施例。应该理解，本发明不限于所发明的实施例，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。